Digitaltechnik

Multiplexer

Inhaltsübersicht

In diesem Beitrag erklären wir dir was ein Multiplexer ist und für was du ihn in der Digitaltechnik verwenden kannst. Außerdem erklären wir dir den Begriff des Multiplexing.

Multiplexing

Digitale Computer müssen eine große Menge an Daten verarbeiten und übertragen. Alle diese Übertragungen gesondert zu behandeln wäre ein utopischer Aufwand. Stell dir vor du bräuchtest für jedes Signal ein extra Kabel! Was für ein Chaos!

Dieses Problem kann durch das sogenannte Multiplexing umgangen werden. Ein frühes Praxisbeispiel für „Multiplexing“ ist die Übertragung von Telefonsignalen. So können mehrere Konversationen per Telefon über ein einziges Kabel übertragen werden. Die beiden benötigten Bauteile für diesen Prozess sind der Multiplexer und sein Gegenstück, der Demultiplexer.

Schaltkreis Multiplexer und Demultiplexer

Den gesamten Schaltkreis mit Multiplexern und Demultiplexern kannst du dir folgendermaßen vorstellen:

Vergleich Multiplexer Demultiplexer
Schaltkreis Multiplexer Demultiplexer

Der Multiplexer befindet sich auf der linken Seite: Er wählt das Eingangssignal aus, welches übertragen wird. Dann folgt das Übertragungskabel und anschließend wir das Signal mit Hilfe eines Demultiplexers wieder aufgeteilt. Welches Signal an wen übertragen wird, regeln dabei die Steuersignale A, B, C und D. Das sind Variablen, die für Binärzahlen stehen. Das heißt sie können nur 0 oder 1 sein.  Zusammengesetzt ergibt sich die Dezimalzahl des zu übertragenden Dateneingabefeldes. Also beispielsweise 0110 ergibt das Dateneingabefeld Input 6.

2-1-Multiplexer

Der Multiplexer wird auch kurz als MUX bezeichnet. Dieser ist eine Logikschaltung, die verschiedene binäre Informationen aus verschiedenen Inputs erhält. Aus diesen wählt der MUX eine Information aus, welche zum Ausgang durchgeschaltet wird.

Wie genau sieht also ein Multiplexer aus? Sehen wir uns doch einmal die einfachste Version an: Den „1-MUX“ oder auch den einfachen Multiplexer.

Einfacher Multiplexer
2-1-Multiplexer

Generell hat ein Multiplexer mehrere Inputs, hier im Beispiel sind es zwei Eingänge, einen Ausgang und eine gewisse Anzahl an Steuersignalen. Über die Steuersignale wird festgelegt, welcher Eingang weitergeleitet wird. Der Eingang mit der übereinstimmenden Kennung  der Binärzahl des Steuersignals wird durchgeschalten. Ein n-MUX mit n Steuersignalen hat  Eingänge und einen Ausgang.

Also an diesem Beispiel 1 Steuersignal und  Eingänge.  Die Eingänge sind meist mit den Zahlen 0 bis 2n-1 durchnummeriert. Die Wahrheitstabelle des einfachen Multiplexer gestaltet sich dementsprechend simpel:

Wahrheitstabelle Multiplexer
Einfacher Multiplexer – Wahrheitstabelle

4-1-Multiplexer

Beim Steuersignal 0 wird Input  weitergeleitet und bei Steuersignal 1 . Mehrere Multiplexer können auch zusammengebaut werden.

So besteht der Zweifachmultiplexer beispielsweise aus drei Einfachmultiplexern.

Zweifachmultiplexer
4-1-Multiplexer

Schauen wir uns doch einmal die Wahrheitstabelle für den Zweifachmultiplexer an. Dieser wird auch als „4-bit zu 1-bit Multiplexer“ oder 4 zu 1 Multiplexer bezeichnet. Wie man in der oberen Abbildung sehen kann, wird bei der binären 0 auch der nullte Eingang gewählt, bei der binären 1, der erste Eingang und so weiter.

Drücken wir das in einem Schaltsystem mit Logikgattern aus und zeigen den Output Y auch in algebraischer Form, sieht das folgendermaßen aus:

Schaltsystem 4-1-Multiplexer
Schaltsystem mit Logikgattern

Anzahl Eingänge und Steuersignale

Analog kann man natürlich MUXe mit noch mehr Steuersignalen und dementsprechend mehr Eingängen bauen. Für die Konstruktion eines m-MUX benötigt man 2m-1 MUXe mit je m Steuersignalen. Das heißt du würdest für einen 4-MUX beispielsweise 15 einfach-Multiplexer mit 4 Steuersignalen benötigen.

Steuersignale und Eingänge
MUXe

Die Zahl der Eingänge eines Multiplexers steigt also exponentiell mit der Anzahl seiner Steuersignale. Somit steigen auch seine Kosten exponentiell. Außerdem bestehen Multiplexer mit vielen Steuersignalen, aus einer hohen Anzahl an Logikgattern Dies führt zu einer höheren Laufzeit.

Super! Nun weißt du was Multiplexer sind und wozu sie gebraucht werden. Mit diesem Wissen können wir uns die Demultiplexer noch einmal genauer anschauen.


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